Масштабні інвертуючи підсилювачі

У цьому випадку вхідна напруга подається на інвертуючий вхід ОП (рис. 3.18), а вихідна напруга ОП U_вих змінюється в протифазі до вхід­ної U_вх (у випадку синусоїдного сигналу фаза змінюється на 180°). В схемах таких підсилювачів від'ємний зворотний зв'язок реалі­зується через елемент R₂ на інвертуючий вхід ОП з метою зменшення коефіцієнта підсилення розімкненого ОП. Наявність такого зв'язку призводить до того, що завжди у стані рівноваги U_вх.ОП = 0. Тоді, за другим законом Кірхгофа

; (3.22)

; (3.23)

Враховуючи, що R_вх.ОП = ¥, то І_ОП = 0 і відповідно І_вх = - І_зв.з, тобто . Звідси отримаємо, що для такого підсилювача коефіцієнт підсилення за напругою

(3.24)

де - передаточний коефіцієнт ланки зворотного зв’язку ОП.

Необхідно відзначити, що коефіцієнт підсилення ОП зі зворотним зв’язком не залежить від частоти вхідного сигналу.

R₂

І_вх R₁ І_зв.з

U_вх.ОП

U_вх U_вих

 

Рис. 3.18. Масштабний інвертуючий підсилювач

 

Масштабні неінвертуючи підсилювачі

У цьому випадку вхідний сигнал подається на неінвертуючий вхід ОП, вихідна напруга U_вих має такий самий знак як і вхідна, а зворотний зв’язок забезпечується через елемент R₂ на інвертуючий вхід ОП (рис.3.19).

Оскільки в цьому випадку Івх = ІОП = 0, то за умови, що Uвх.ОП = 0, отримаємо . Тоді коефіцієнт підсилення такого підсилювача буде визначатись (3.25)

R₂

R₃ І_зв.з

І_вх U_вх.ОП

U_вих

U_вх R₁

 

Рис. 3.19. Масштабний неінвертуючий підсилювач

Масштабні суматори

На основі ОП широко використовуються схеми інвертуючих та неінвертуючих суматорів. На рис. 3.20 показано схему інвертуючого суматора.

І_вх.1 R₁ R₃

І_вх.2 R₂ І_зв.з

 

Рис. 3.20. Схема інвертую чого суматора

U_вх1 U_вх.ОП

U_вх2 U_вих

 

 

Враховуючи особливості роботи інвертую чого підсилювача, запишемо за першим законом Кірхгофа . Виразивши струми через напруги, отримаємо

(3.26)

Переважно, в схемах суматора опори вхідних резисторів приймають однаковими за величиною (R₁ = R₂ = R), тоді вихідна напруга

(3.27).

Отже, вихідна напруга ОП буде визначатися сумою вхідних напруг із відповідним масштабним множником.

Інтегратори

Інтегратори — пристрої електроніки, що реалізують функ­цію інтегрування й виконуються на базі інвертуючого опера­ційного підсилювача шляхом введенням в ланку від'ємного зво­ротного зв'язку конденсатора С (рис. 3.21).

С

 

І_вх R І_зв.з

 

U_вх.ОП

U_вх U_вих Рис. 3.21. Схема інтегратора

 

 

Враховуючи, що R_вх.ОП = ¥, то І_вх = -І_С. Записавши рівняння за другим законом Кірхгофа для вхідного та вихідного контурів

(3.28)

 

і враховуючи, що для ОП U_вх.ОП = 0, отримаємо

(3.29)

Отже, із врахуванням рівняння для ємності, отримаємо, що вихідна напруга такої схеми є пропорційною до інтеграла від вхідної напруги

(3.30)

Тривалість інтегрування визначається часом перехідного процесу, що виникає в ланці R-С при поданні U_вх, а швидкість інтегрування (нахил прямої) визначається сталою часу t = RС.

U_вх U_вх

t t

 

U_вих U_вих t₁ t₂ t₃

t t

 

Рис. 3.22. Часові діаграми інтегратора

Компаратори

Компаратори — це елементи порівняння, які широко використовуються в системах контролю та автоматичного керу­вання й відносяться до елементів імпульсної техніки. Компара­тор, виконаний на базі ОП (рис. 3.23, а), порівнює вимірювану напругу U_вх, яка подається на один із входів (переважно на інвертуючий), із опорною напругою (наперед заданою) U_оп, яка подана на інший вхід. Опорна напруга с незмінною в часі, додатної чи від'ємної полярності, а вхідна напруга - змі­нюється. Коли U_вх = U_оп, вихідна напруга ОП змінює свій знак на протилежний. Тому компаратор має ще назву «нуль-орган», оскільки зміна поляр­ності вихідної напруги (перемикання) відбувається за умови, що U_вх — U_оп = 0, де U_оп — задана напруга.

Якщо на інвертуючий вхід подається синусоїдний сигнал (U_вх), а на неінвертуючий — постійна напруга (U_оп) додатної полярності (рис. 3.23, б), то вхідна напруга ОП U_вхоп = U_bx - U_on. До моменту часу від 0 до t₁U_{вх оп} < 0, тому U_вих = U⁺_вих. _макс. В проміжку часу від t₁ до t₂ U_{вх оп} > 0, тому U_вих = U ^-_вих. _макс.

U

U_вх

U_вх U_вих U_оп

t

U_оп

U_вих

а

t

 

б

Рис. 3.23. Схема компаратора (а) та його часові діаграми (б)

Контрольні питання та вправи

 

1. За якими ознаками класифікують електронні підсилювачі?
2. Знайти коефіцієнт підсилення потужності, якщо U_вх=0,2 В; U_{m вих.}=_.=5,6 В; R_вх=600 Ом; R_вих=5 Ом.
3. Визначити опір на вантаження R_н підсилювача, якщо напруга на ньому U_вих=3 В; потужність, яка споживається від джерела живлення, 3 Вт, а η=0,9.
4. Якими причинами можна пояснити завал частотної характеристики ПНЧ на низьких частотах?
5. Визначити коефіцієнт підсилення каскаду в області середніх частот, якщо на частоті f_н К_н=100 і М_н=3 дБ.
6. Що таке зворотній зв’язок?
7. Як змінюється коефіцієнт підсилення підсилювача при введенні від’ємного зворотного зв’язку?
8. Чому підсилювачі постійного струму знаходять широке застосування в електронній техніці?
9. Поясніть особливості міжкаскадних зв’язків в ППС.
10. Чому балансний каскад ППС часто називають мостовою схемою?
11. Яка різниця між балансним та диференційним каскадами ППС?
12. Складіть принципіальну схему операційного транзисторного підсилювача, який виконує функцію додавання.
13. Чому в схемах операційних підсилювачів використовуються підсилювачі постійного струму?
14. У чому полягає відмінність операційних підсилювачів від звичайних?
15. Яка роль зворотного зв’язку в операційному підсилювачі?
16. В неінвертуючого підсилювача на базі ОП опір резистора в ланці зворотного зв’язку 820 кОм, а опір резистора на інвертую чому вході ОП 20 кОм. Визначити його коефіцієнт підсилення.
17. Обчислити опір резистора в ланці зворотного зв’язку інвертую чого підсилювача на база ОП, в якого опір резистора на інвертую чому вході ОП 18 кОм. Вхідна напруга підсилювача 60 мВ, а напруга на виході -8,0 В.

 

 

⇐ Предыдущая34353637383940414243Следующая ⇒

Поделиться:

Читайте также:

Балансні та диференційні підсилювачі
Безтрансформаторні двотактні підсилювачі потужності
Диференціатор на операційному підсилювачі
Класифікація підсилювачів
Логарифмічний перетворювач на операційному підсилювачі
Масштабність - композиційний засіб, який виражає співрозмірність або відносну відповідність, яка сприймає людину, різних форм архітектурного витвору до розмірів людини.
Операційні підсилювачі
Операційні підсилювачі
Параметри і характеристики підсилювачів

Воспользуйтесь поиском по сайту: